도로소음저감을 위한 능동형 방음벽 개발(5)(한국아파트신문,2011.04.06) > 칼럼

엑티브 노이즈 컨트롤의 특징을 한마디로 말하자면 PNC에 비해 저주파 감음이 콤팩트하게 효율적으로 잘 된다는 것이다. 엑티브 노이즈 컨트롤과 PNC를 나누어서 사용하는 주파수한계는 케이스 바이 케이스이지만, 대체적으로 500Hz정도를 기준으로 하고 있다. 이 이상의 주파수에 대해 PNC로 큰 감음효과를 얻으려면, 두껍고, 크고, 무거워지기 때문이다. 반대로 고주파에 대한 엑티브 노이즈 컨트롤은 이차 음원과 오차 마이크로폰을 조밀하게 배치하여, 다채널 제어를 해야 하므로 비효율적이다. 제어할 대상음에 맞게 엑티브 노이즈 컨트롤과 PNC를 잘 조합한 하이브리드 소음대책이 이상적이다.

엑티브 노이즈 컨트롤의 최대 결점은 가동부가 있어, 동력이 필요하다는 점이다. 따라서, 내구성 검토와 메인터넌스가 필요하게 된다. 또한, 현재로는 아직 컨트롤러, 스피커 등 비용이 많이 들어, 보급에 저해요인이 된다. 컨트롤러의 코스트 다운과 복잡한 신호처리가 필요하지 않은 심플한 시스템을 개발하는 것도 과제이다. 더욱이 원리적으로 저주파음 대책에 유리하지만, 스피커로 저주파음을 발생하는 것은 상당히 어렵고, 저주파음을 효율적으로 잘 발생시킬 수 있는 엑추에이터 개발도 과제 중 하나다. 엑티브 노이즈 컨트롤을 현상으로서 이해하기 위해서는 그 물리적인 행동에 관해 파악할 필요가 있다. 물리적인 행동은 일반적으로는 에너지 수지 등으로 설명될 경우가 많은데, 음은 파동현상이며, 에너지의 행동, 즉 입자적인 현상과는 다른 차원에서 이해될 필요도 있다. 예를 들면, 엑티브 노이즈 컨트롤의 원리적 설명으로서 중첩의 원리가 자주 인용된다. 소음과 역위상의 음파를 중첩시켜, 간섭으로 없앨 수 있다는 설명이다. 이 설명은 파동현상차원에서의 설명이다. 이 설명으로 그러면 소음에너지는 어떻게 되었는가 하는 의문이 자주 생긴다. 이 의문은 입자적 현상 차원에서의 의문이다. 결국에는 현상을 신체와 같은 차원에서 파악할 필요가 있으며, 이를 위해서는 역시 물질적, 즉 입자적, 에너지적인 설명이 필요한데, 엑티브 노이즈 컨트롤의 원리를 앞에서 설명했듯이 파동현상이라는 수학적, 추상적 차원에서 설명할 경우에는 혼란이 생기게 된다. 이 점에 주의하면서 엑티브 노이즈 컨트롤의 물리를 이해해 갈 필요가 있다. 따라서 먼저 음의 간섭에 대해 기본적인 설명을 한 다음 일차원 음장에서의 엑티브 노이즈 컨트롤의 물리에 대해서 자세히 보도록 하자. 물리적인 행동에 대해서는 삼차원 음장과 동일하기 때문에, 우선 처음에는 일차원 음장에서의 엑티브 노이즈 컨트롤의 물리적 해석을 알아야 한다. 그 다음으로 삼차원 음장에서의 엑티브 노이즈 컨트롤에 대해 설명하는데, 그 원리적 설명은 키르히호프-헬름홀츠 적분방정식으로 한다. 그러므로 이에 앞서 음의 물리를 이상유체의 물리로 설명한다. 매우 기초적인 기술도 포함되어 있기 때문에, 참고서 없이 읽어나갈 수 있을 것이다. 이차 음원이 두 개 있어, 제어되는 점도 두 곳 있는 경우에는 이차 음원의 크기를 구하기 위한 방정식에 이차 음원에서 제어점으로의 전달함수를 포함한 2×2 매트릭스가 나타난다. 이 매트릭스가 정칙이라면, 그 역행렬을 구함으로서 이차 음원의 크기를 계산할 수 있다. 일반적으로 이차 음원이 m개, 제어되는 점이 n개 있는 경우에는 이차 음원에서 제어점으로의 전달함수를 포함한 m×n 매트릭스가 나타난다. 이 매트릭스가 정칙이라면, 그 역행렬을 구하면 된다. 정칙이 아닌 경우에는 최소노르마법(값이 일정하지 않을 때)이나, 최소제곱법(값을 정확하게 측정할 수 없을 때)을 얻으면 역시스템을 구할 수 있어, 한 조건 하에서의 이차 음원 크기를 정할 수 있다. 최소제곱법은 방정식을 만족하지 않고 오차가 생기지만, 그 오차를 가장 작게 하는 역시스템의 해이다.